Двунаправленные взаимодействия между кишечником и головным мозгом осуществляются посредством нервной, эндокринной и иммунной систем, а также неспецифического природного иммунитета.

Кишечная микробиота принимает активное участие в функционировании данной оси, не только оказывая влияние на кишечные функции, но и стимулируя развитие центральной нервной системы, особенно в перинатальном периоде. Взаимодействуя с высшими нервными центрами, кишечная микробиота может приводить как к положительным влияниям, так и к когнитивным или психическим нарушениям.

В то же время центральная и периферическая нервная система способна влиять на правильное функционирование всего пищеварительного тракта. Ученые знали о связи между нервной системой и кишечником уже несколько веков назад. Доказано, что эмоциональное состояние человека может непосредственно влиять на функцию кишечника, но существует и обратная связь — правильная работа желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) и сбалансированная кишечная микрофлора способны воздействовать на нервную систему.

Есть несколько тому примеров: открытия великого русского физиолога академика Ивана Петровича Павлова в области физиологии пищеварения, изучение в начале XX века микробиоты и функции кишечника отечественным физиологом Ильей Ильичом Мечниковым, исследования американского врача Уильяма Бомонта, военного хирурга и отца гастрофизиологии. В основе формирования связей кишечно-мозговой оси лежат нейронные, эндокринные и иммунные механизмы, связанные друг с другом на различных уровнях (всего организма, системном, тканевом, клеточном, молекулярном). В этом процессе участвуют блуждающие, крестцовые, чревные нервы, ядро одиночного пути, гипоталамус, таламус и корковые отделы головного мозга.

Рассмотрим путь взаимодействия центральной нервной системы (ЦНС) с кишечником на примере влияния на него гипоталамо-гипофизарной системы (ГГС) при стрессовой реакции. Психофизиология стресса — обширная и сложная тема, до сих пор вызывающая огромный интерес исследователей в прикладных областях. ГГС — это морфофункциональное объединение структур гипоталамуса и гипофиза, участвующих в регуляции основных вегетативных функций организма. Рилизинг-гормоны, вырабатываемые гипоталамусом, оказывают прямое стимулирующее или тормозящее воздействие на секрецию гормонов гипофиза. Между гипоталамусом и гипофизом существуют и обратные взаимосвязи, с помощью которых регулируются синтез и секреция их гормонов.

Ось «гипоталамус — гипофиз — надпочечники» формирует ответную реакцию на стресс. Стрессовое воздействие воспринимается корой головного мозга и передается в гипоталамус, где вырабатывается кортикотропин-высвобождающий гормон (CRH), стимулирующий гипофизарные рецепторы. Затем кортикотропин поступает в гипофиз, где оказывает влияние на высвобождение адренокортикотропного гормона (АКТГ). Поступая в кровоток, АКТГ воздействует на кору надпочечников — стимулирует выброс гормонов стресса и в первую очередь кортизола из группы глюкокортикостероидов (ГКС). Избыток кортизола в крови вызывает активацию желудочной секреции, выделение соляной кислоты, уменьшение числа мукоцитов и продукции слизи, ишемию слизистой оболочки из-за гипоперфузии.

Нарушение кровообращения способствует дисбалансу окислительных процессов и служит непосредственной причиной повреждения слизистой оболочки желудка. Восстановление кровообращения после длительной ишемии приводит к нарушению мезентериального кровотока, что еще больше усугубляет поражение слизистой оболочки органов. Результат гипоперфузии — снижение способности к нейтрализации ионов водорода — провоцирует массивную гибель клеток с образованием язв. При этом активность защитных механизмов (продукция слизи) резко снижается, что также способствует возникновению язв желудка. Другой пример воздействия нервной системы на ЖКТ — функциональные расстройства, например синдром раздраженного кишечника (СРК), которым страдают около 10–15 % людей во всем мире. Этиология и патогенез СРК сложны, поскольку в его формировании, как правило, задействован целый ряд факторов, запускающих несколько патофизиологических механизмов. Изжога и тошнота, боли и дискомфорт, запор и диарея — зачастую это реакция организма на внешние раздражители.

Ось «кишечник — мозг» рассматривается как один из ключевых факторов на этапах развития нервной системы, ведь события в перинатальном и постнатальном периодах во время начальной колонизации и формирования микробиоты могут влиять на становление функциональных нервных цепей и синаптической пластичности, а также на физическое, психическое и когнитивное здоровье ребенка. Питание матери, стресс, инфекционные заболевания ведут к нарушениям развития нервной системы и повышают риск расстройств аутистического спектра (РАС), синдрома дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), шизофрении. Это доказывают множественные экспериментальные исследования на грызунах.